Водородные в фермент-субстратном комплексе

При реакции фосфорилирования креатина образуется фермент-субстратный комплекс вследствие возникновения водородных связей между серой, входящей в активный центр фермента и обладающей нуклеофильными свойствами, и водородом гуанидиновой группы креатина, а также между водородом им1вдазольной группы активного центра и кислородом Р-фосфатного остатка АТФ. В фермент-субстратном комплексе происходит перераспределение электронной плотности, что приводит к увеличению нуклеофильности креатина и электрофильности молекулы АТФ. [c.243]

Из уравнения (3) следует, что [Е5] зависит от Кт и от [5]. Если в состоянии равновесия [Е5] будет бесконечно малой величиной по сравнению с [5] и с [Еоб ], то скорость реакции будет зависеть только от [8]. В этом случае при низких концентрациях субстрата эта реакция будет протекать по типу реакций первого порядка. Если же практически все количество фермента окажется связанным с субстратом в виде Е5 и если концентрация субстрата будет достаточно высока, то концентрация фермент-субстратного комплекса не будет меняться и скорость такой реакции окажется постоянной. В этом случае мы имеем дело с реакцией нулевого порядка [36]. Большинство ферментативных реакций не являются, строго говоря, ни реакциями первого, ни реакциями нулевого порядка, а протекают согласно некоему промежуточному порядку [34, 36, 37]. Это зависит отчасти от уменьшения концентрации субстрата в течение реакции, а отчасти от образования различных типов фермент-субстратных соединений. Так каталаза и пероксидаза, как уже указывалось выше, образуют зеленые и красные комплексы с субстратом, причем скорости распада зеленого и красного комплексов различны [32, 33]. Дальнейшие усложнения возникают вследствие соединения фермент-субстратных комплексов с водородными ионами [38] или с другими ионами или молекулами. Так, например, скорость гидролиза яичного альбумина пепсином зависит от концентрации водородных ионов раствора реактивным промежуточным соединением является в этом случае не Е5, а Н+Е5 [38]. Если в образовании фермент-субстратного соединения участвуют ионы, то скорость катализируемой реакции зависит от диэлектрической постоянной растворителя известно, что органические растворители, например метиловый или этиловый спирт, уменьшают диэлектрическую постоянную раствора и степень ионизации,вследствие чего уменьшается скорость катализируемой реакции [39]. [c.284]

Энтропийный фактор учесть довольно трудно, так как при образовании фермент-субстратного комплекса [Е5] происходят в общем случае процессы, ведущие как к убыли, так и к росту энтропии. Уменьшение энтропии обусловлено уменьшением числа частиц (Е+5 = Е5), потерей поступательных и вращательных степеней свободы, а возрастание — разрывом водородных связей и высвобождением молекул воды, гидратирующих субстрат и фермент (точнее их зоны, между которыми происходит взаимодействие). При соединении двух частиц в одну теряется один набор вращательных и поступательных степеней свободы и убыль энтропии при 298 К составляет - 55 кДж/град моль она может быть в той или иной мере компенсирована появлением новых видов внутримолекулярных движений. Следовательно, имеются различные возможности компенсации и, в целом, в реакциях такого типа [c.324]

Предположим, что вся энергия образования водородных связей в фермент-субстратном комплексе идет на снижение энергии активации реакции, катализируемой ферментом сколько примерно должно в этом случае образоваться водородных связей, чтобы скорость этой реакции увеличилась в 100 ООО раз [c.427]

Процессы в каталитическом центре могут стабилизировать переходное состояние. До сих пор подчеркивался тот факт, что дальние взаимодействия поставляют свободную энергию активируемым группам в каталитическом центре фермент-субстратного комплекса. Однако взаимодействия и в самом каталитическом центре могут стабилизировать переходное состояние и тем самым вносить вклад в эффективность ферментативного катализа. В химотрипсине выигрыш энергии, обеспечивающийся образованием двух водородных связей между активированным субстратом и атомами азота остова, а также частичной компенсацией заряда скрытого внутри белка остатка Азр-102 (рис. 11.1), способствует компенсации энергии образования напряженной связи между ферментом и субстратом в тетраэдрическом комплексе [5371. [c.281]

В образовании фермент-субстратных комплексов участвуют водородные связи, электростатические и гидрофобные взаимодействия, а в ряде случаев также ковалентные, координационные связи (рис. 4.9). Информация о природе связей между субстратом и связывающим участком активного центра фермента может быть получена методами ЭПР и ЯМР, а также методами УФ- и ИК-спектроскопии. [c.132]

Первым ферментом, пространственное строение которого было подробно изучено с помощью рентгеноструктурного анализа с разрешением до 2 A, позволяющим установить расположение всех тяжелых атомов в молекуле, оказался лизоцим яичного белка [16, 33]. Лизоцим представляет собой глобулярный белок с молекулярным весом около 14 ООО, содержащий 129 аминокислотных остатков. Пространственное строение молекулы поддерживается четырьмя дисульфидными и многочисленными гидрофобными и водородными связями. На рис. 26 приведена модель глобулы фермента с разрешением 6 A, схематически показано расположение молекулы субстрата в фермент-субстратном комплексе и приведена первичная структура молекулы. На этом рисунке изображены аминокислотные остатки, образующие поверхность щели — активного центра молекулы. Необычная форма ферментной глобулы, как бы разделяемой глубокой щелью на две неравные части, связана со строением субстрата фермента длинноцепочечных муконолисахаридов, построенных из чередующихся остатков N-аце-тилглюкозамина (АГА) и N-ацетилмураминовой кислоты (AMA), соединенных (1—4) гликозидными связями. Полимерный субстрат адсорбируется ферментом на отрезке, содержащем 6 остатков сахара, причем гидролизу подвергается только одна р-гликозидная связь между четвертым D и пятым Е остатками сахара. Положение разрываемой [c.110]

Фермент-субстратный комплекс может быть образован за счет ковалентных, ионных, координационных, а также менее прочных типов связей водородных, электростатического взаимодействия разноименно заряженных групп, гидрофобного взаимодействия. При образовании фермент-субстратного комплекса те или иные связи в субстрате приобретают повышенную реакционную способность, так как при взаимодействии фермента с субстратом может происходить либо смещение электронов, либо поляризация связей между атомами, принимающими участие в реакции, или другие изменения, приводящие к активации молекулы субстрата. [c.229]

В основу схемы положен механизм синхронного бифункционального кислотно-основного катализа. Согласно этой схеме, кислород серина в активной форме фермента I, который благодаря влиянию азота имидазольной группы обладает свойствами нуклеофильного агента, атакует карбонильную группу субстрата II. Возникший при этом нестойкий промежуточный фермент-субстратный комплекс III стабилизуется водородной связью между карбонильным кислородом субстрата и имидазольным [c.237]

Влияние концентрации водородных ионов на каталитическую активность ферментов состоит в воздействии ее на активный центр. При разных значениях pH в реакционной среде активный центр может быть слабее или сильнее ионизирован, больше или меньше экранирован соседними с ним фрагментами полипептидной цепи белковой части фермента и т. п. Кроме того, pH среды влияет на степень ионизации субстрата, фермент-субстратного комплекса и продуктов реакции, оказывает большое влияние на состояние фермента, определяя соотношение в нем катионных и анионных центров, что сказывается на третичной структуре белковой молекулы. Последнее обстоятельство заслуживает особого внимания, так как определенная третичная структура белка-фермента необходима для образования фермент-субстратного комплекса. [c.109]

Остальная часть молекулы субстрата, состоящая из нескольких сотен остатков аминосахаров или их производных, остается свободной. Не только общая форма щели в молекуле лизоцима соответствует параметрам входящего в нее участка субстрата, но и расположение отдельных аминокислотных радикалов в субстратном центре этого фермента совершенно точно согласуется с размещением определенных атомов и атомных групп в молекуле субстрата. Именно за счет указанных радикалов и групп замыкаются водородные связи между лизоцимом и полисахаридом в процессе становления фермент-субстратного комплекса (табл. 11). [c.110]

Константа диссоциации фермент-субстратного комплекса отражает термодинамическую стабильность субстрата, связанного с ферментом, по отношению к стабильности субстрата в свободном состоянии в растворе. Она зависит от соотношения между прочностью водородных связей в фермент-субстратном комплексе и прочностью водородных связей, образуемых каждым иа [c.288]

Связь с 01у-193 слабая, однако по мере увеличения длины двойной связи между атомами углерода и кислорода в ходе реакции и превращения ее в одинарную связь между атомом кислорода и 01у-193 становится достаточно прочной [32]. По строение моделей для субтилизина приводит к аналогичному, хотя и отличающемуся в деталях механизму [35]. Изначально карбонильный кислород не располагается между двумя ЫН-группами в фермент-субстратном комплексе, а занимает это положение по мере образования тетраэдрического промежуточного соединения. Предполагается также, что водородная связь между Ы-ациламиногруппой субстрата и 5ег-214 образуется только в тетраэдрическом промежуточном соединении. [c.322]

Это очень близкий аналог, отличающийся от субстрата только тем, что атом кислорода замещен в нем —СНг-группой, так что структура его комплекса с рибонуклеазой близка к структуре продуктивного фермент-субстратного комплекса. Установлено, что His-119 располагается на расстоянии длины водородной связи от уходящей группы, а His-12 — на расстоянии длины водородной связи от 2 -0Н-группы рибозы пиримидина. Ни одна из боковых цепей лизина не вступает в прямой контакт с субстратом, однако они, по-видимому, имеют важное значение для [c.390]

Водородные связи, а также электростатические и вандерваальсовы взаимодействия в фермент-субстратных комплексах [c.122]

На рис. 3-18 рибозофосфатная цепь показана как сплошная полоса. Можно увидеть заштрихованные руки тРИК и водородные мостики между парами оснований. В фермент-субстратном комплексе внутренняя часть Ь и поверхность фермента находятся в тесном контакте (пунктирная линия). [c.390]

Образование фермент-субстратных комплексов может проходить при участии самых различных типов связей ковалентных, координационных, ионных, водородных мостиков, электростатических сил притяжения между отдельными полярными группами, вандерваальсовых сил сцепления между неполярными участками молекул и др. [c.120]

На третьей стадии фермент-субстратный комплекс с высокой скоростью ку = 10 -10 л м с ) обменивает экстралиганд на Oj. Образуется тройной комплекс ( S-)Fe(0=0 КН)ПП, в котором RH связан водородной связью с поляризованной, координированной на Fe(II) молекулой кислорода. Молекула О2 координирована к плоскости FeN4 под углом 120°. Тройной комплекс поляризуется до (RH Oj) Fe П, он неустойчив. Для его стабилизации необходим еще один электрон, который поступает на четвертой стадии от электроннотранспортной цепи НАДФН, флавопротеид ФП2 и цитохром bj. Считается, что цитохром bs в восстановленной форме (Fe +) может непосредственно передать электрон на орбитали Р-450, а с них - на экстралиганд О +е —>02 ). [c.291]

Дестабилизирующие эффекты в фермент-субстратном комплексе оказывают влияние на состояние преобразуемых групп субстратов. Однако в ферменте предусмотрены также функциональные группы, которые более тонко воздействуют на преобразуемые группы. Общий кислотно-основной катализ довольно обычен в ферментах, и с его помощью скорость реакции может увеличиваться в 1000 раз. В химотрипсине эту функцию выполняет зарядно-релейная система, которая посредством водородных связей обеспечивает протонный транспорт в нескольких стадиях реакции (рис. 11.1). В других ферментах, например в глутатионредуктазе, белок обладает активными группами (FAD и цистеиновая пара с окислительно-восстановительной активностью) для транспорта электронов через молекулу фермента (рис. 11.4). [c.281]

При специфич. взаимодействии белка с др. соед. (напр., при образовании фермент-субстратного комплекса, формировании четвертичной структуры) Т. с. может щ)етерпевать локальные перестройки, имеющие важное функц. значение. Необходимую для функционирования белка точность организации Т. с. обеспечивает система водородных связей, пронизывающая всю глобулу. В. М. Степанов. [c.588]

Кислород ЭТОЙ гидроксильной группы соединяется ковалентной сложно-эфирной связью с углеродом ацильной группы субстрата, что приводит к образованию промежуточного фермент-субстратного комплекса (рис. 6 разд. 9.15). Гидроксильная группа серина легко теряет свой атом водород а, так как он сильно притягивается водородной связью к электроотрицательному атому азота в имидазольной К-груп-пе №8-57. Одновременно происходит разрыв пептидной связи, в результате чего образуется первый продукт реакции. После его выхода из активного центра ацильная группа субстрата остается ковалентно связанной с остатком серина 195 в молекуле фермента это производное называется ацилферментом (рис. 7). Его сложно-эфирная связь очень неустойчива по сравнению с пептидной связью субстрата и гидролизуется с образованием второго продукта, представляющего собой карбоксильную часть субстрата. При этом протон вновь присоединяется к серину (рис. 8 и 9) и образуется комплекс фермент-продукт (рис. 10). Второй продукт уходит затем из активного центра, и каталитический цикл завершается (рис. 1). Ацилфермент представляет собой ключевой промежуточный комплекс в этом варианте ковалентного катализа. Имидазольная группа гистидина 57 участвует в перемещении протона по механизму общего кислотно-основного катализа. [c.254]

Фермент-субстратный комплекс образуется не только ковалентными и координационными связями, но и за счет водородных связей, ван-дер-ваальсовых сил и гидрофобных ненолярных участков молекул. [c.11]

Пока еще нельзя привести вполне определенного примера ферментативного пирофосфорилирования посредством нуклеофильной атаки Р-атома фосфора в ну клеозид-5 -трифосфате. Возможное объяснение этого может заключаться в конформациях, которые могут иметь такие производные трифосфорной кислоты, а также в электростатическом экранировании или в экранировании самим ферментом в фермент-субстратных комплексах, которое может приводить к затруднению атаки Р-атома фосфора с последующим замещением нуклеозид-5 -фосфата (или неорганического фосфата в случае переноса нуклеозид-5 -пирофосфата). Как и в многочисленных случаях реакций обмена аниона, разрыв связи при ферментативном гидролизе нуклеозид-5 -трифосфата до нуклеозид-5 -фосфата и неорганического пирофосфата происходит за счет нуклеофильной атаки а-, а не Р-атома фосфора [29]. Считалось, что при ферментативном синтезе а-В-рибозо-1-пирофосфат-5-фосфата происходит пирофосфорилирование рибозо-5-фосфата посредством нуклеофильной атаки а-гидроксильной группой О-рибозы Р-атома фосфора в АТФ [30]. Однако экспериментальные результаты (с использованием АТФ, меченного Р -) показали только то, что Р- и у-фосфатные остатки переносились в виде единого комплекса, и, таким образом, прямого доказательства этого механизма не было получено. Другой возможный механизм может состоять в следующем нуклеофильная атака осуществляется с инверсией и направлена на С1 Р-О-ри-бозо-5-фосфата, причем реакция сопровождается образованием водородных связей между С,-гидроксильной и 5-фосфатной группами. [c.355]

Образование фермент-субстратного комплекса происходит в результате ряда конформационных изменений в структуре белка. Самые значительные из них затрагивают остатки 248, 270 и 145 и видны из сравнения рис. 15.8, а и б. Гуанидиновая группа остатка Аг -145 перемещается примерно на 2 А в результате поворота вокруг связи Ср—Су. Кислородные атомы карбоксильной группы остатка С1и-270 смещаются примерно на 2 А вдоль оси у вследствие поворотов вокруг связей Сц—Ср и Ср—Су (на рис. 15.8, б карбоксильная группа переворачивается и сдвигается вверх по отношению к наблюдателю). Более других изменяет свое положение остаток Туг-248. Кислородный атом боковой цепи этой аминокислоты сдвигается на 12 А в результате поворота приблизительно на 120° вокруг связи С а—Сри небольшого смещения пептидного скелета. Фенольное кольцо остатка Туг-248 поворачивается по направлению к субстрату, заключая С-концевой участок в полость. В своем новом положении этот остаток близок к расщепляемой пептидной связи. Движение остатков Агд-145 и Туг-248, вероятно, взаимосогласовано посредством нескольких менее значительных перемещений. В свободном ферменте остатки Туг-248 и Аг -145 соединены системой водородных связей, в которой принимают участие остатки 155, 154 и 249. После присоединения глицилтирозина взаимодействия о парах Агд-145—01и-155 и С1п-249—Туг-248 нарушаются и пептидная цепь на участке 247—249 несколько изменяет свое положение. [c.521]

Для увеличения взаимодействия с ферментом можно увеличить размер пептидного субстрата, исходя из известной специфичности КПА в отношении связывания [2, 3]. Одна из моделей фермент-субстратного комплекса, в котором субстратом является КБЗ-А1а-А1а-Туг, показана на рис. 15.3. После того как остаток Туг-248 изменил свое положение, пептидная связь Ala-Ala находится по отношению к нему на расстоянии, при котором возможно образование водородной связи. Ее существование объясняет большую реакционную способность пептидов с NH-группой в ближайшем от конца положении по сравнению с пептидами, у которых в положении Si (рис. 15.9) находится N-метильный [66] или р-аланильный остаток [67]. Остальная часть субстрата располагается в выемке на поверхности КПА, что согласуется с тем, что в контакте с белком могут находиться до пяти аминокислотных звеньев субстрата [31]. Положение бензильного остатка КБЗ-группы вблизи ароматического остатка Phe-279 и атома кислорода карбоксильной группы третьей от конца аминокислоты субстрата вблизи гуанидиновой группы остатка Arg-71 согласуется с известным влиянием заместителей на величину Ки [31]. [c.522]

На первой стадии происходит образование фермент-субстратного комплекса. Предполагается, что в этом комплексе устанавливаются водородные связи между имидазольным кольцом гистидина в кислой форме (I) и кислородом фосфатного остатка, участвующего в образовании эфирной связи, а также между азотом имидазольного кольца гистидина (II) в основной форме и 2 -гидроксилом рибофуранозного кольца (см. рис. 45, а). [c.242]

В результате этого снижается уровень энергетического барьера и возникают быстро протекающие реакции, катализируемые фер-ментом. Образование фермент-субстратных комплексов возможно при участии различных типов связей ковалентных, координационных, ионных, водородных, электростатических сил притяжения между отдельными полярными группами и др, Схе.матически напряжение ковалентной связи в фермент-субстратном комплексе показано на рисунке 21. [c.139]

Скорее всего по этой же причине происходит уменьшение акт фотоинактивации (Я=254 нм) трипсина после дейтерирования, соответствующее, по данным ИК-спек-троскопии, разности энергии N—Н- и N—О-колебаний. Иными словами, у дейтерированного трипсина облегчен разрыв водородных связей энергией, поглощенной цистином. Сходным образом может быть объяснено уменьшение квантового выхода фотоинактивации трипсина на фоне постоянной скорости фотолиза триптофанилов при изменении вязкости и ионного состава среды, амилазы при образовании фермент-субстратного комплекса, а также гексокиназы при ее комплексировании с регуляторным гормоном инсулином. [c.264]

Формирование фермент-субстратного комплекса. Первым этапом в формировании ФСК в нашей модели считается образование водородной связи между субстратом и ССИВС фермента. При этом, поскольку предполагается, что к моменту образования такой связи фермент уже обладал каким-то запасом внутренней энергии, то первое, что в результате происходит— это образование активированного субстрата [c.123]

В случае сериновых протеаз, как уже отмечалось (см.разд.6.5.3), карбонильный кислород в фермент-субстратном комплексе занимает место в так называемом оксианионном кармане, образуя водородные связи с NH-группой Gly193 [c.318]

Еще более вероятным кажется предположение, что при связывании остатка нуклеозида субстрата с некоторым участком фермента происходит конформационная перестройка последнего, в результате чего формируется конформация активного центра, необходимая для ферментативной реакции. Наконец, возможно, что необходимой предпосылкой для образования фермент-субстратного комплекса является такая конформация НДФС, при которой гетероциклическое ядро нуклеозида и остаток сахара сближены, и гетероциклическое ядро непосредственно участвует в ферментативной реакции. Такое участие может быть связано со способностью оснований нуклеиновых кислот выступать в качестве доноров или акцепторов протона или восстанавливаться (служить акцепторами гидрид-иона). Функциональные группы нуклеиновых оснований могут образовывать водородные связи с гидроксильными группами остатка сахара, что приводит к стабилизации определенных конформаций последнего и к созданию благоприятных стереохимических условий для определенных химических процессов. [c.184]

Действие фермента проходит в несколько стадий. Начальной стадией является образование комплекса фермента с субстратом. При этом между ферментом и субстратом возникают связи разного характера (водородные, ваи-дер-ваальсовы и др.). Образование фермент-субстратного комплекса требует высокой специфичности фермента. Как правило, молекула субстрата очень мала по сравнению с молекулой фермепта. Поэтому при образовании фермеат-субстратного комплекса участвует лишь незначительпая часть молекулы фермента, его активный центр. Активный центр —ьто совокупность функциональных групп, принимающих непосредственное участие в ферментативной реакции. [c.40]

В отличие от химотрипсина лизоцим имеет четко выраженную глубокую впадину для связывания субстрата, простирающуюся вдоль одного края молекулы, которая имеет форму эллипсоида. Эта впадина частично образована неполярными боковыми цепями аминокислот, обеспечивающими связывание неполярных областей субстрата, и, кроме того, имеет участки связывания ациламиновых и гидроксильных групп с помощью водородных связей. В этой впадине располагается шесть участков связывания субстрата, обозначаемых через А, В, С, D, Е и F. Остатки NAM могут связываться только на участках В, D и F, тогда как остатки NAG синтетических субс1ратов — на всех участках. Расщепляемая связь располагается между участками D и Е. Ввиду отсутствия природных ингибиторов определить структуру продуктивного фермент-субстратного комплекса таким же способом, каким это было сделано в случае химотрипсина и трипсина, пока не представляется возможным. Ис- [c.42]

Природу стереоспецифичности папаина помогает понять построение моделей [105]. Проведенные исследования показали, что D-аминокислоты не могут поместиться в подцентрах из-за стерических затруднений, возникающих при их контактировании с ферментом. Папаин не является экзопептидазой, поскольку свободная карбоксильная группа субстрата должна находиться на расстоянии 3—4 А от карбоксильной группы Asp-158 из-за электростатического отталкивания. Кроме того, указанные исследования позволили предположить наличие механизма деформации. В фермент-субстратном комплексе уходящая группа субстрата, по-видимому, подвергается давлению со стороны а-СШ-группы His-159, однако при образовании тетраэдрического промежуточного соединения это давление ослабляется. В пользу указанного предположения говорит тот факт, что аналоги субстратов, у которых уходящая группа заменена небольшой по размерам группой, связываются значительно прочнее аналогов с более крупными остатками [92, 105]. Специфичность подцентра S2 к большим по размеру гидрофобным остаткам проявляется в возрастании fe at, а не в увеличении прочности связывания. Лоу и Ютавонг [105] предположили, что связывание подцентром S2 такого остатка, как фенилаланин, приводит к некоторому увеличению размеров расщелины и к еще большей деформации активного центра [105]. Раздвижение стенок расщелины было впоследствии обнаружено при исследовании кристаллической структуры фермента, ингибированного хлорметил-кето-производным Ы-бензилоксикарбонил-Ь-фенилаланин-Ь-аланина [104]. Использование этого соединения указывает на наличие в ферменте центра связывания карбонильного кислорода расщепляемой пептидной связи. В этот центр, как и в случае сериновых протеаз, входит NH-rpynna полипептидного остова, принадлежащая ys-25 другая водородная связь образуется с участием ЫНг-группы Gln-19. [c.375]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология